超声激发生物组织声发射的原理及应用

介绍一种利用双频共焦超声波获取组织内部特性信息的新方法-超声激发声发射(USAE)。本文着重说明了USAE的基本工作原理,然后介绍了USAE在医学成像和组织无损测温两方面的重要应用。最后指出了一些有待研究的问题。

LUMINOL－氢氧化物水溶液的荧光及其声激发

本文提出和初步研究了声致荧光方法，测出了三种luminol-氢氧化物水溶液的声致荧光光谱，并对比了它们的光致荧光光谱。结果表明，这类物质的荧光可以由声波激发获得，而且声激发和光激发的荧光波长都在luminol水溶液的光致荧光的发射波长370—750um之间，属于可见光和近紫外光；相对于光致荧光而言，声激发的这三种溶液的最大荧光峰呈现大致10—20um的红移。

超声激发振动声成像实验系统的设计

根据超声激发振动声成像的基本原理,设计并构建一个能获得振动声图像的实验系统。该系统由高频信号部分、超声发射及传播部分、低频信号处理和计算机处理与控制等四部分构成。实验表明,该系统能获得生物仿体或软组织内刚性物体的振动声图像,为进行生物组织的振动声成像研究提供了基础;通过采用更高灵敏度的低频水听器和改善共焦换能器的分辨力,可进一步提高成像质量。

超声激发的生物组织声发射模型

应用振动球模型对超声激发的生物组织声发射(USAE)声压幅度进行理论分析和模拟计算;分析了差频选取、组织声吸收、组织弹性以及共焦换能器聚焦性能等几种重要因素对生物组织声发射的不同影响.结果与现有文献报道的离体组织实验以及计算机仿真结果相符合,表明振动球模型对指导USAE的相关实验研究有重要参考价值.

井中低频声激发极化电场理论模型

声激发极化是在声波作用下饱和流体孔隙介质中的声波场向电磁波场转化的一种非线性地球物理现象 ,即声能转化成电磁能的过程。在低频条件下 ,声源在井眼和地层中产生的波场能量主要以井眼斯通利波的形式存在并沿井眼壁传播 ,描述声激发极化过程的方程也可以得到相应的简化。本文首先模拟和分析了横向各向同性和均匀各向同性孔隙饱和介质在高频和低频下的全波列波形 ,然后在考虑到实际井眼中自然电场存在的前提条件下系统推导了低频声波激发极化电场的理论模型 。

井中低频声激发极化敏感性分析

声激发极化是双相孔隙介质中声场向电磁场转化的过程 ,是两种地球物理波场间作用与转换的结果。本文采用简化的Biot-Rosenbaum模型模拟计算均匀各向同性孔隙饱和介质中的斯通利波 ,根据某油田一口井油水层段的实际测井资料模拟计算低频斯通利波激发极化敏感系数 ,详细分析了低频斯通利波激发极化对斯通利波频率和地层参数的敏感性 ,证实了低频斯通利波激发极化电位测量信号对地层含油性的分辨能力。

长骨中振动声激发超声导波的方法

为了实现一定频段内任意低频下在长骨中激励导波信号,本文提出一种采用聚焦高频(5 MHz)超声换能器在长骨皮质骨中激发低频(150 kHz)超声导波的振动声方法.首先介绍了板状超声导波理论和双声束共聚焦法与单声束调幅法激发振动声的基本原理;进而采用三维有限元仿真方法分析振动声激发低频超声导波的基本现象,然后结合牛胫骨板离体实验,验证振动声激发低频超声导波的可行性.结果均表明,双声束共焦与单声束振动超声均可在骨板中激发低频超声导波.相关研究方法有助于提高空间域长骨中超声导波测量精度,以及在一定频段内实现任意频率激励等,对发展低频超声导波在体测量长骨皮质骨的新技术具有一定的指导意义.

振动声激发超声导波评估皮质骨厚度的研究

利用振动声激发超声导波来评价长骨是一种较新的思路。基于超声轴向传播方法,首先通过三维有限元法对导波在长骨中的传播进行建模仿真,再根据接收波形求解0A导波模式的相速度,最后依据理论相速度频散曲线得出皮质骨厚度。对不同厚度(2~6 mm)的骨板仿真的结果表明,皮质骨厚度估计的平均误差仅为2.61%。所提出的方法能够有效评估皮质骨厚度,对发展超声导波反演长骨的新技术具有一定意义,同时为临床超声导波长骨诊断的研究提供了新的思路。

低强度脉冲超声激发的声微流增强藻酸钙凝胶支架材料的孔隙率和通透性研究

低强度脉冲超声(LIPUS)激发的声微流场所产生的剪切应力可作用于细胞膜表面,从而显著增强细胞膜的通透性。构建了三维藻酸钙凝胶支架培养系统,来模拟有利于细胞生长的营养供给和新陈代谢体内微环境;基于扫描电子显微镜、体内荧光图像和激光共聚焦图像观测技术,对LIPUS增强三维藻酸钙凝胶支架材料的孔隙率和通透性的作用机制和参数相关性进行了系统的研究。结果表明,三维藻酸钙凝胶支架材料的孔隙率和通透性可随着LIPUS的驱动声压的升高而显著增强。此外,通过对三维支架材料内的细胞增殖情况分析,发现在适当的LIPUS驱动声压(如P-=0.055 MPa)下,HeLa细胞在LIPUS作用下的三维藻酸钙凝胶支架材料中可获得更高的增殖率。

基于二维声子晶体多通道线缺陷结构的定向声激发（英文）

提出一种基于声子晶体线缺陷波导的多通道结构来实现声波定向激发。一束入射声波在该结构中传播时被分割成多束分支,这些分支声束到达输出端时具有相等的相位,进而在输出端产生具有高度准直形态的辐射场分布。该辐射场分布的半高宽具有反比于结构中通道数的特点。数值模拟结果与实验结果同时验证了这种结构的声定向效应。相对于大多数已有的声波定向方案,这种结构具有简单从而易于制备的优点。

基于大张角双频聚焦换能器的振动声成像

为提高振动声成像方法的空间分辨率,采用大张角双频聚焦换能器构建改进的振动声成像系统。基于该系统,以仿体为实验对象,探究振动声成像空间分辨率,测试该成像方法在不同声学特性仿体上的成像效果,研究接收水听器位置、差频对振动声成像结果的影响,并使用k-Wave建立仿真模型探究换能器元件分布对振动声成像结果的影响。结果表明基于大张角双频聚焦换能器的振动声成像系统空间分辨率较高,对声学特性不同的仿体成像具有良好的对比度和特异性,接收水听器的位置和换能器元件分布对成像结果影响较小,差频的选取对成像质量至关重要。该研究有望为振动声成像技术的发展进步提供新思路,推动该技术进一步走向实际应用。

铝筒内贴壁声源激发的声场的实验研究

介绍铝筒内贴壁声源激发的声场的实验结果。铝筒放在水中,发射和接收换能器位于铝筒的内壁上。通过改变发射和接收换能器的相对位置,得到不同的接收波形。实验结果表明接收信号包括直达波、筒壁反射波、筒壁模式波和环绕筒壁传播的面波的贡献。

海面波浪对空气中声源激发的浅海声场的影响

耦合简正波方法被用于计算存在海面波浪时空中声源激发的浅海声场特性,该耦合方法采用波束位移射线简正波理论与水平分段耦合处理方法,声场计算时选取Pekeris型浅海模型,声源频率选为100Hz,高度为100m,水下接收器深度为30m,声源与接受器距离在5km内。计算表明:5m/s风速下风浪对接收到的平均声压和均方声压影响较小;10m/s风速下风浪将使接收到的平均声压下降约5dB,而接收到的均方声压则增加约1dB。

子带特征参数在家禽应激发声识别中的应用

基于子带梅尔频谱质心的优化特征参数(SMSC),研究了35日龄海兰褐蛋鸡在正常状态、光照与人为干扰等应激下发声信息的变化特征,并通过建立支持向量机模型(SVM),比较了采用优化特征参数与梅尔频标倒谱系数及其一阶、二阶导数组成的特征参数(MFCC-39)在识别不同应激中的应用效果。试验结果表明,采用加入梅尔频谱质心修正的特征参数,在分类正确识别率方面平均提高了24%。

Ni中层错—杂质(氧)复合体声子激发与位错运动

提出了研究杂质层错复合体声子激发及其与位错运动相关的模型及理论计算方法；计算了声子激发态密度，发现存在杂质诱生的新的本征态，相应的能量分析表明：杂质附加于层错面上的能量依赖于温度及杂质—基体间的原子耦合强度，并影响位错攀移运动。

基于振动声发射信号频移的HIFU靶组织损伤监测

高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)消融技术具有无辐射、无创等优点,已被用于多种实体肿瘤的治疗。但在治疗中,基于传统的诊断超声回声变化难以精准监测靶组织的损伤,主要原因是超声回声增强更多与组织损伤、空化气泡及温度相关,解耦存在困难。基于此,利用超声激发声发射(Ultrasound Stimulated Acoustic Emission,USAE)技术,通过在HIFU治疗前后检测与靶组织弹性变化相关的振动声信号,构建了一种基于USAE信号频移的靶组织损伤监测方案。为了考察该方案的正确性和有效性,首先研究了不同仿体中的USAE信号及其频谱变化规律,进一步探究了HIFU辐照离体组织前、后USAE信号频谱特征与靶组织损伤之间的变化关系及规律。研究结果表明:靶组织损伤引起的组织弹性变化会导致USAE信号频谱的峰值偏移,基于该频移能够较好地实现靶组织损伤的检测,可望为HIFU治疗中靶组织损伤监控提供一种新的解决方案。

基于质子束激发热声信号的布拉格峰定位

目的:使用质子束激发热声信号对质子束的布拉格峰定位,分析其在质子治疗中应用的可行性。方法:通过Kwave工具包模拟质子束在水中的传播过程,使用放置的传感器接收质子束激发产生的γ波走时数据,再将走时数据进行反演得到布拉格峰位置的修正量,从而完成对布拉格峰定位。结果:在均匀介质中,当初始的布拉格峰位置在目标布拉格峰位置5 cm范围内,使用Kwave模拟得到的走时数据进行定位,无噪声的情况下,定位误差在1.3 mm以内,对其进行加噪处理后,定位误差仍在3 mm以内。使用波前扩展的线性走时插值射线追踪算法得到的走时数据进行反演,能完成零误差定位。结论:使用质子束激发热声信号,仅需要少量的传感器就能对质子束的布拉格峰进行实时定位,走时数据的准确性对定位算法有一定的影响。但是通过加噪实验发现,本算法具有较好的稳定性和收敛性。

井中声电转换波场辐射能量定量分析

井中声激发极化效应研究是实现声激发极化测井实用化的技术基础 ,实质上是声波在双相孔隙介质中向电磁波的转化 ,其结果就是形成井中声电转换波场 ,最终表现为井中声场辐射能向电磁场能的转化 .通过对双相孔隙介质中声激发极化过程声电转换波场能量的理论分析 ,研究了井中声电转换波场能量的总体构成 ,提出了井中低频声激发极化电场电能体密度的概念 ,并推导出具体表达式 .

井中偶极声源激励下的反射声场影响因素分析及仪器关键参数优选

根据远探测测井的实际背景,利用三维有限差分数值模拟方法精确考察井中偶极声源条件下声源激发频率、反射界面水平位置、地层界面倾角及偶极声源偏振方向对反射横波幅度的影响.结果表明：偶极横波远探测测井仪的最佳工作频率应选择在井孔挠曲波的截止频率以下,可解决来自地层深部的反射信号相对于沿井传播的直达波信号过于微弱的问题.按照现有的仪器范围设置（源距小于4 m）,可有效地探测地层倾角为40°～90°的井旁反射体.